[论文解读] Monoclinic phase in the relaxor-based piezo-/ ferroelectric Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$ system

Z. G. Ye, Beatriz Noheda+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2001

Ferroelectric and Piezoelectric Materials被引用 14

一句话总结

本研究利用高分辨率同步辐射X射线衍射，在0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃中识别出一种铁电单斜相（空间群Cm，M_A型）。该相在极化单晶靠近准同构相界处的室温下出现，晶格参数为a = 5.692 Å，b = 5.679 Å，c = 4.050 Å，β = 90.15°，其中bₘ轴沿赝立方[110]方向排列，与Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃–PbTiO₃中的Pm型单斜相相区别。

ABSTRACT

A ferroelectric monoclinic phase of space group $Cm$ ($M_A$ type) has been discovered in 0.65Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-0.35PbTiO$_3$ by means of high resolution synchrotron X-ray diffraction. It appears at room temperature in a single crystal previously poled under an electric field of 43 kV/cm applied along the pseudocubic [001] direction, in the region of the phase diagram around the morphotropic phase boundary between the rhombohedral (R3m) and the tetragonal (P4mm) phases. The monoclinic phase has lattice parameters a = 5.692 A, b = 5.679 A, c = 4.050 A and $β$ = $90.15^{\circ}$, with the b$_m$-axis oriented along the pseudo-cubic [110] direction . It is similar to the monoclinic phase observed in PbZr$_{1-x}$Ti$_x$O$_3$, but different from that recently found in Pb(Zn$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$, which is of space group $Pm$ ($M_C$ type).

研究动机与目标

• 研究在准同构相界附近弛豫型PMN-PT固溶体中是否存在单斜相。
• 确定极化单晶0.65PMN-0.35PT中形成的单斜相的晶体结构和对称性。
• 通过识别单斜相，阐明PMN-PT中增强压电响应的结构起源。
• 将PMN-PT中的单斜相与PZT和PZN-PT等类似固溶体中先前报道的相区分开。

提出的方法

• 采用高分辨率同步辐射X射线衍射分析0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃单晶的晶体结构。
• 在沿赝立方[001]方向施加43 kV/cm的强电场下对样品进行极化，以诱导铁电有序。
• 通过结构精修确定单斜相的晶格参数和空间群对称性。
• 基于布喇格峰的分裂以及非正交角度（特别是β ≈ 90.15°）的存在识别出单斜相。
• 确定bₘ轴的方向沿赝立方[110]方向。
• 通过与相关体系（如PZT和PZN-PT）中已知相的比较，区分Cm型单斜结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在极化条件下，0.65PMN-0.35PT在准同构相界附近是否存在单斜相？
• RQ2 该体系中形成的单斜相的晶体对称性和晶格参数是什么？
• RQ3 单斜畸变（特别是bₘ轴）的方向如何与赝立方晶向相关联？
• RQ4 PMN-PT中的单斜相在结构上是否与PZT中的相相似，或是否与PZN-PT中的Pm型相不同？
• RQ5 极化在稳定此弛豫型铁电体中单斜相的过程中起什么作用？

主要发现

• 在室温下于0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃中识别出空间群为Cm（M_A型）的铁电单斜相。
• 该单斜相的晶格参数为a = 5.692 Å，b = 5.679 Å，c = 4.050 Å，β = 90.15°，表明其相对于正交对称性的微小畸变。
• 单斜相的bₘ轴沿赝立方[110]方向排列，这对理解局部对称性破缺至关重要。
• 该单斜相形成于三方（R3m）与四方（P4mm）相之间的准同构相界区域，表明在极化作用下发生结构转变。
• PMN-PT中的单斜相与近期在Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃–PbTiO₃中报道的Pm型（M_C）单斜相不同，证实了弛豫型体系中结构的多样性。
• 该相在[001]方向极化下得以稳定，表明电场历史在相形成中起关键作用。